[发明专利]一种以炼钢废渣作为基质的富营养化水体人工湿地处理系统

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种以炼钢废渣作为基质的富营养化水体人工湿地处理系统。

背景技术

人工湿地(Constructed Wetlands，CWs)因具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点，因而受到世界各国的普遍重视，成为近年来发展较快的一种污水处理新技术。作为一种新型的污染水体生态修复技术，目前在富营养化水体治理中得到广泛应用。在处理工艺方面也日趋成熟，目前这方面已有大量的专利申请和授权。基质(填料)是人工湿地的重要组成部分，为湿地植物、微生物提供了生长环境，自身也参与人工湿地净化污水的物理化学过程，特别是对磷的吸附发挥着重要作用，而磷又是自然水体富营养化的限制性因子。所以，选择何种材料作为人工湿地基质，直接决定处理系统的除磷脱氮效率，从而影响其对养殖水体的修复效果，因此具有十分重要的意义。

目前人工湿地基质多以传统的土壤、砂、砾石等为主，但由于这些材料吸附性能较差，人工湿地在运行若干年后，基质对磷的吸附逐渐达到饱和，其去除效率开始下降，有时甚至出现基质向水体中释放磷的现象，从而影响到整个人工湿地系统的持续稳定的处理效果。虽然，目前在实验室和小试研究中，利用高效人工吸附基质，如陶粒、改性沸石、活性炭等，来替代传统的人工湿地基质，进行净化试验，并取得了较好的处理效果。但是，由于这些基质材料成本较高，也很难在实际工程中进行大面积的推广和应用，特别是在我国经济比较落后的农村地区，更加难以推广和应用。

钢渣和干渣为钢铁厂炼钢炉废渣，主要作为建筑材料和道路路基，但是，钢铁厂每天产生的炉渣，特别是钢渣量大、有效利用率不高，而且传统利用方式附加值也较低，所以急需开辟新的利用途径。我们目前对6种常用的人工湿地基质进行了吸附性能比较试验，研究发现6种基质吸磷能力依次为：钢渣＞干渣＞沸石＞页岩陶粒＞砾石白云石＞钢渣，钢渣对磷的理论饱和吸附量为3.55×10⁴mg/kg，是普通砾石的310倍。这主要是由于钢渣和干渣具有高氧化钙、氧化铝和氧化铁的化学组成特性。有关近年来，国内外已开始将钢渣作为人工湿地基质进行污水处理研究，并取得了较好的研究成果。但是，目前的相关研究还是停留在实验室的模拟试验，而将钢渣和干渣应用到实际污染水体修复工程的案例目前尚未见报道。另外，根据我们目前在崇明岛前卫实验基地的研究表明，由于钢渣材料碱性较强(pH＝9～12)，完全用钢渣作用人工湿地基质，会导致出水pH升高，而且还会抑制湿地系统内植物和微生物的生长。为了克服这一缺陷，在人工湿地构建过程中，我们创新性将炼钢过程种两种主要炉渣-钢渣和干渣进行混合填充(干渣pH＝8～10)。同时，在人工湿地水流方式和湿地植物选配上进行优化调整，这样不但能够可以提高系统的单位处理负荷、维持一个稳定的湿地生态系统和持续的净化效果，同时还可以大大降低人工湿地构建成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以炼钢废渣作为基质的富营养化水体人工湿地处理系统。

本发明提出的以炼钢废渣作为基质的富营养化水体人工湿地处理系统，采用水平潜流人工湿地模式，由人工湿地池体1、基质层2、湿地植物系统4和布水系统组成，其结构如图1所示。布水系统由配水管5、碎石配水区6、碎石出水区7和出水渠8组成，基质层2位于人工湿地池体1内，基质层2的两侧分别为碎石配水区6和碎石出水区7，基质层2上部铺设覆盖层3，覆盖层3的表面是湿地植物系统4；碎石配水区6一侧设有配水管5，碎石出水区7连接出水渠8；基质层2的基质材料采用钢渣和干渣混合物，钢渣和干渣的体积比为4∶1～6∶1。

本发明中，基质层2的厚度一般为800～1500mm，具体厚度要取决于湿地池体的大小以及处理污染负荷。为了有利于湿地植物的成活和根系的生长发育，覆盖层3的厚度为100～150mm，其材料可以是一般土壤或者粒径为5～15mm的碎石。

本发明中，所述人工湿地池体1可采用高强度PVC板或混凝土结构，人工湿地池体1的长宽比为4∶1～8∶1，其面积大小取决于处理污染负荷以及可利用的土地面积。

本发明中，基质层2的基质材料采用炼钢炉渣钢渣和干渣混合物，钢渣在使用前要进行适当冲洗处理，以降低其pH。钢渣和干渣粒径一般以5～15mm为宜。